Die Bionik ist eine Weltanschauung für Zukunftsmacher:innen

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Die bionische Philosophie begreift die Natur als eine Welt der Wunder, die es zu entschlüsseln gilt.

Die Bionik basiert auf dem Grundsatz, dass „die belebte Natur durch evolutionäre Prozesse optimierte Strukturen und Prozesse entwickelt, von denen der Mensch lernen kann“, erklärt Hans-Dieter Mutschler in “Naturphilosophie” (2002): Damit will er sagen: Die Natur hatte Millionen Jahre Zeit, sich zu entwickeln und optimieren. Mit der Zeit entstanden auf der Erde unterschiedliche, aber stets höchst komplexe, Ökosysteme. Über einen langwierigen Prozess der Evolution, Mutation und ständigen Neuvermischungen der Erbanlagen konnten sich Pflanzen und Tiere perfekt an ihre Umgebung anpassen. Der Kampf um knappe Ressourcen und Fortpflanzungsmöglichkeiten führte, so Charles Darwin’s Theorie, zu einer natürlichen Selektion, bei der jene Lebewesen überlebten, die sich am besten anpassen konnten. Die Fähigkeiten und Eigenschaften, die daraus resultierten, können uns wertvolle Impulse und Lösungen für innovative Technologien, Systeme und Prozesse liefern.

Die interdisziplinäre wissenschaftliche Disziplin der Bionik beschäftigt sich mit dem Übertragen von Naturphänomenen auf die Technik.

Der deutsche Begriff ‚Bionik‘ setzt sich aus Biologie und Technik zusammen und lässt sich auf den englischen Begriff ‚bionics‘ zurückführen, der im Jahr 1960 von Jack E. Steele, einem amerikanischen Luftwaffenmajor und Neurologen, auf einer Konferenz vorgestellt wurde (Vortragstitel: „Bionics Symposium: Living Prototypes — The Key to New Technology“) und sich zusammensetzte aus ‚bios‘ (griech.: Leben) und dem Suffix ‚-onics‘ (das Studium von) ableitete.

Während bionics sich im englischsprachigen Raum überwiegend auf künstliche Körperteile (Prothesen) und die Idee vom menschlichen Cyborg beschränkt, ist der deutsche Kofferbegriff Bionik umfangreicher und umfasst auch die Begriffe Biomimicry, Biomimetik und Biomimese, sowie eine ganze Reihe von weiteren Forschungsdisziplinen. Die Bionik ist zudem eng verwandt mit der Technischen Biologie, die technische Methoden nutzt um die Querbeziehungen zwischen biologischen und technischen Strukturen zu verstehen sowie mit der Biotechnik, welche die Nutzung von Enzymen, Zellen und Organismen für technische Anwendungen erforscht.

Nach Dr. phil. Utz Anhalt gilt ein Produkt bzw. Prozess dann als bionisch, „wenn es: 1) ein biologisches Vorbild hat 2) von diesem Vorbild abstrahiert 3) auf eine technische Anwendung übertragen wird.“ Dabei geht es jedoch nicht um das Kopieren der Natur, sondern um die Frage, wie ihre Prinzipien und Funktionsweisen erkannt, beobachtet, verstanden und auf technische Herausforderungen der Menschen übertragen werden können.

Die 12 Forschungsgebiete der Bionik.

Als großer Vordenker der Bionik gilt Leonardo da Vinci, der im Jahr 1505 versuchte, seine Analysen zum Flug von Vögeln auf Flugmaschinen zu übertragen. In den nächsten Jahrhunderten folgten etliche weitere Innovationen, die den technologischen Fortschritt der Menschheit prägten. Heute wird das Forschungsgebiet der Bionik in zwölf Teilgebiete gegliedert, die sich in einigen Feldern überschneiden:

1. Die Anthropobionik zielt auf die Optimierung von Mensch-Maschine-Interaktionen (bzw. Mensch-Computer-Interaktion) ab. Hierunter fallen ergonomisch gestaltete Bedienungsoberflächen, (z.B. Computermaus/Touchpads), motorische Systeme der Robotik (z.B. die Greifarmsteuerung) sowie muskelbetriebene Fortbewegungsmittel (z.B. die für Menschen optimale Konfiguration und Übersetzung bei Fahrräder). Moderne Cockpits in Fahr- und Flugzeugen werden an die sensorischen Fähigkeiten und Gewohnheiten von Menschen angepasst. Nachgiebige Service- und Pflegeroboter für die sichere Mensch-Technik-Interaktion orientieren sich an weichen biologischen Muskeln. Auch realitätserweiternde Technologien (AR/VR) und die Datenbrille, sowie Touchscreen oder Diktier- und Spracherkennungssysteme fallen unter diesen Bereich. Ein weiteres anschauliches Beispiel bietet der Langlaufski: Vorne und hinten haben Langlaufski glatte gewachste Gleitzonen für die Abfahrt. Im Mittelteil befindet sich eine Steigzone mit Mikroschuppen die mit einem speziellen Steigwachs behandelt werden. Die Steigzone funktioniert nach dem Vorbild der Bauchschuppen von Leimadrophys, einer im südamerikanischen Regenwald vorkommenden Schlangenart, die sich auf feuchtem und rutschigem Terrain bewegt: Beim Vorankriechen (bzw. Skifahren) bewirken die Schuppen kaum Reibung am Untergrund, doch beim Aufwärtssteigen richten sich die Schuppen auf und bieten so zahlreiche Angriffspunkte die ein Zurückrutschen verhindern.
2. Die Baubionik orientiert sich an natürlichen und recycelbaren Baumaterialien zum Bau sowie zur Wärme- und Schalldämmung. Beispiele sind Tonziegel, die mit Stroh gefüllt werden (ähnlich einiger Vogelnester), die optimierte Materialverteilung für Bruchfestigkeit (am Vorbild des Knochenwachstum), langlebige Auspuffaufhängungen (imitiert selbstheilende Risse der Ficus-Pflanze) oder Motrradhelme zur Stoßdämpfung (imitieren Fruchtschalenstrukturen der Pampelmuse).
3. Die Bewegungsbionik untersucht die Antriebsmechanismen und deren mechanische Wirkungsgrade sowie die Strömungs-Anpassungen von schwimmenden und fliegenden Tieren. Der japanische Shinkansen-Zug, der bis zu 320 km/h Höchstgeschwindigkeit erreicht, ahmt die Schnabelform des Eisvogels nach, einem auf den Fischfang spezialisierten Raubvogel, welcher beim Eintauchen ins Wasser nahezu kein Spritzwasser erzeugt. Dies macht den aerodynamischen Zug nicht nur schneller, sondern auch leiser; insbesondere wenn er aus Tunneln herausfährt und viel Luft vor sich herschiebt. Weitere Beispiele sind: Schwimmflossen (Enten), Flugzeugflügel (Storchenfedern und Haifischflossen), laufende und kriechende Roboter (Mensch, Geparden, usw.), U-Boote (Luftkammern des Steinhuder-Hecht) sowie der Schwebe-, Segel- oder Schnellflug (Libellen und Vögel) oder Fallschirme (Flugsamen).
4. Die Evolutionsbionik stellt die jüngste Form der Bionik dar: Sie beschäftigt sich mit dem Potenzial biologischer Evolutionsstrategien für die Organisation und Optimierung komplexer Verfahren und Systeme; insbesondere von solchen die bis dato rechnerisch nur schwer simulierbar sind. Im Jahr 1968 gelang es beispielsweise Wissenschaftler:innen, eine Zweiphasen-Überschalldüse für die Stromerzeugung in Satelliten zu entwickeln, die durch das mehrfache Zusammenspiel von zufälligen Neukombinationen der Einzelbestandteile (Sektoren) herkömmlich geformter Düsen und anschließender Effizienztests entstand. Die unkonventionell geformte Endform erzielte einen weit höheren Wirkungsgrad, der erst Jahre später auch in der Theorie erklärt/nachvollzogen werden konnte. Doch auch die in der technischen Analyse eingesetzten Fibonacci Retracements können der Evolutionsbionik zugeordnet werden. Ein Beispiel, wie Evolutionsbionik für die Ermittlung von gesunden Portfolios im Finanzbereich eingesetzt werden kann, finden Sie in Kapitel 15.
5. Die Gerätebionik widmet sich der Entwicklung von technisch einsetzbaren Maschinen (z.B. von Bohrern, Pumpen, Förder- und Abbausystemen und hydraulischen oder pneumatischen Maschinen). Das ‚Schweizer’-Vielzwecktaschenmesser mit Ausklapp- und Verstau-Prinzip imitiert z.B. die multifunktionellen Beine von Histeridae Stutzkäfern, Schrauben sind dem Saugvorgang der Zecke nachempfunden und die Zange basiert auf dem Prinzip der Zangenarme von Krebstieren
6. Die historische Bionik befasst sich mit der geschichtlichen Entwicklung der Bionik. Sie ist das einzige Forschungsfeld, bei dem i.d.R. keine neuen Innovationen entwickelt werden. Stattdessen hilft sie uns, die Entwicklung des technologischen Fortschritts und somit der menschlichen Entwicklung nachzuvollziehen (z.B. die Erfindung der ersten Flugmaschine).
7. Die Klima- und Energiebionik konzentriert sich auf die Energieeinsparung und die effiziente Beleuchtung, Belüftung und Kühlung. Als Vorbild dienen z.B. Tierbauten: In Harare, der Hauptstadt von Zimabwe, steht seit 1996 ein architektonisches Meisterwerk namens Eastgate, dass sich am Bauprinzip von Termitenhügeln orientiert. Aufgrund seiner Bauart ist der Gewerbe-/Handelskomplex in der Lage, ohne Klimaanlage eine konstante Temperatur von rund 24 Grad Celsius zu halten und verbraucht nur zehn Prozent der Energie vergleichbarer Bürokomplexe. Und das, obwohl die Temperaturen in Harare tagsüber bei über 40 Grad Celsius liegen und nachts auf unter 5 Grad Celsius fallen. Im Austausch mit Biolog:innen fand der Architekt, Mick Pearce, heraus, dass Termiten in Symbiose mit einem Pilz leben, von dem sie sich ernähren. Der Pilz benötigt allerdings konstante 30 Grad Celsius um zu wachsen. Die Insekten sind in der Lage, die Temperatur präzise zu regulieren, indem sie die feucht-kühle Luft unter der Erde durch ein ausgeklügeltes Kanalsystem zur Spitze des Baus zirkulieren, wo sie je nach Bedarf ständig neue Öffnungen (Ventile) bauen, um heiße Luft abzulassen und alte schließen, um Wärme im Bau zu halten. Eine weitere bionische Errungenschaft ist das Prinzip der transparenten Wärmedämmung, welches sich am Fell des Eisbären (Ursus maritimus) orientiert: Das weiße Fell leitet die einfallende Licht- und Wärmestrahlung an die dunkle Hautoberfläche, welche sie absorbiert und in isolierenden Lufträumen im dicken Fell speichert. Doch auch für moderne Computersysteme stellen Hitze und Energiebedarf eine große Herausforderung dar: Die ‚moderne‘ zweidimensionale Architektur von luftgekühlten Leiterplatten ist nicht kompatibel für Supercomputer. Stattdessen erforschen Ingenieur:innen flüssigkeitsgekühlte dreidimensionale Supercomputer, die sich am Aufbau unseres Gehirns orientieren. Dieses stellt nur zwei Prozent des Körpervolumens dar, macht dafür aber rund 20 Prozent des gesamten Energiebedarfs des Menschen aus und benötigt dabei keine nennenswerte Kühlung. Gleichzeitig erbringt jedes Joule an Energie im Gehirn ein Vielfaches mehr an Rechenleistung als elektronische Rechner. In naher Zukunft könnten bionische Supercomputer nach diesem Vorbild aus dreidimensionalen, hierarchischen und querverbundenen Netzwerken bestehen, (anstelle der rasterförmigen Anordnung elektronischer Schaltungen,) die nicht über metallische Leiterplatten mit Strom versorgt werden, „sondern mittels Ionen im hindurchströmenden Kühlmittel elektrochemisch angetrieben“ und dadurch hundertfach energieeffizienter und tausendfach kleiner werden.
8. In der Konstruktionsbionik werden natürlich vorkommende Baukonstruktionen und Funktionsmechanismen analysiert um Leichtbaukonstruktionen und/oder multifunktionale Konstruktionen zu ermöglichen. So sind Offshore-Windanlagen den optimierten Leichtbaustrukturen der Kieselalgen nachempfunden und das California Institute of Technology arbeitet derzeit an vertikalen Windrädern, die das Prinzip der Luft-/Wasserwirbel imitieren und bis zu zehn Mal effektiver sein sollen als herkömmliche Windräder.
9. Die Neurobionik setzt auf der Neurobiologie und biologischen Kybernetik (Biokybernetik) auf und entwickelt Technologien für die Informationsverarbeitung und -steuerung. Beispiele sind intelligente Schaltungen (etwa Smart Grids im Energiebereich), Biochips, oder Neuronale Schaltkreise. Auch künstliche neuronale Netzwerke (KNN), Forschungsgegenstand der Neuroinformatik, fallen unter die Neurobionik und sind ein wesentlicher Teilbereich der künstlichen Intelligenz. Und sogar Computerviren und Trojaner orientieren sich an der Natur: wie auch die biologischen Erreger aus Eiweiß und Nukleinsäuren sind die digitalen Erreger aus Quellcode und Subroutinen ohne einen Wirt nicht lebensfähig. Beide übernehmen sie ein fremdes System und bringen es dazu, sich zu vermehren und zu verteilen. Nimda, ein Computer-Schädling der 2001 erstmals auftauchte, ging durch die Medien da er sowohl Merkmale von Viren, als auch von Würmern aufwies und seine Methode regelmäßig anpasste. In dieser Metapher sind Antivirus-Programme digitale Impfungen: Sie rüsten das System mit den Gegenmitteln und -maßnahmen aus, um bekannte Schädlinge zu erkennen, zu isolieren und zu neutralisieren; und auch sie müssen mühselig enwickelt werden. Auch Botnets (gehackte Computer/Smartphones die ohne Kenntnis der Besitzer:innen zur Rechenleistung von Hacker:innen beitragen oder Daten austauschen/weiterleiten) sind zum einen von Parasiten inspiriert und zum anderen vom Prinzip des Herdenverhaltens. Einige Hacker:innen versuchen sogar, sich das Phänomen der ‚Zombieameisen‘ zunutze zu machen: Ophiocordyceps unilateralis, eine parasitische Pilz-Art, wächst in Ameisen (und anderen Insekten) heran, überschwemmt das Gehirn mit Chemikalien und manipuliert so ihr Verhalten. Die Ameisen klettern auf Äste (wo die Bedingungen perfekt sind) und sterben dort, während der Pilz aus ihnen herauswächst bis seine Sporen auf nahegelegene Insekten übertragen werden können.
10. Die Sensorbionik arbeitet an der Entwicklung von hochsensiblen Sensor-, Ortungs- und Orientierungssysteme auf Grundlage von biologischen Sensoren. Das Ultraschallgerät sowie das Echolot basieren etwa auf der Fähigkeit von Fledermäusen, Geräusche in Bildsignale umzuwandeln. Das Unterwassermodem, ein Datenübertragungssystem für die kabellose Unterwasser-Kommunikation, orientiert sich wiederum an Delphinen. Das Weitwinkel-Röntgenteleskop, mit dem ein Viertel des Himmels (von KI-Anwendungen) gleichzeitig beobachtet werden kann, basiert auf den quadratischen Ommatidien (die Zusammensetzung vieler Einzelaugen) des Klußkrebsauges. Und auch moderne Retinaimplantate und Linsen sind auf den Prinzipien der Augen von Insekten und Fischen konstruiert.
11. Die Strukturbionik untersucht biologische Strukturen, Formen und Materialien. Ein gutes Beispiel dafür ist der 1948 entwickelte Klettverschluss — ein sogenanntes ‚Haftstruktursystem für reversible Verbindungen’. Er mimt die Früchte der Kleinen Klette (lat. Arctium minus) nach, die über elastische Widerhaken verfügen, die sich in Tierfell und Textilien fesetzen und ihre Samen so über weite Distanzen verbreiten. Auch der Lotuseffekt fällt hierunter: Nach dem Vorbild des Lotus-Blattes (und den Schuppen einiger Fische) entstehen superhydrophobe und selbstreinigende Oberflächen, aber auch wasserabweisende Fassadenfarben und Antihaftbeschichtungen. Darüber hinaus umfasst die Strukturbionik auch komplexe Verbundmaterialien, pneumatische Strukturen, Hightech-Membranen und Nanostrukturen (z.B. klebstofffreies Haften von Folien nach dem Gecko).
12. In der Verfahrensbionik werden komplexe biologische Prozesse und deren Übertragung auf die Technik erforscht. Beispiele sind u.a. die Wasserstofftechnologie (nach dem Vorbild der Photosynthese) oder Recyclingprozesse in der industriellen Produktion (die sich an Bakterienkulturen, Maden und Insekten orientieren. Doch auch die moderne Unternehmensorganisation und -führung profitiert von dem Wissen, welche Verfahren die Natur für das Management von komplexen Ökosystemen parat hält, wie ich in meinem Buch ausführlich verdeutliche.

Bionik 2.0 — bionische Next Generation-Anwendungen und -Organisationsformen

Bionik bedeutet mehr als nur das Imitieren der Natur.

Bionik ist eine Weiterentwicklung; in Amerika spricht man von enhancement. Menschen sind flexibel, aber nicht replizierbar in ihrer Arbeit, ihren Gedanken und ihrem Wesen. Technologie wiederum ist replizierbar, aber weniger flexibel. Gemeinsam sind KI und Mensch nach dem bionischen Ansatz in der Lage, übermenschliche Fähigkeiten zu erlangen und Informationen effizient und intelligent zu verarbeiten — diese Fähigkeit wird auch als New Data Muscle bezeichnet.

Während die klassische Bionik sich überwiegend auf Technik und Hardware beschränkt, leitet die Digitale (R)Evolution ein neues Zeitalter ein.

Die Bionik findet bisher überwiegend Anwendung in der hardwarelastigen Technik. Allerdings hat die Bionik — allen Bereichen voran die Anthropobionik, die Evolutionsbionik und die Neurobionik — großes Potenzial für digitale Technologien und softwarebasierte Lösungen, sowie auch für neue Organisationsmodelle.

Bionic Wealth

Genau hier setzt mein neues Buch an. Mit den in meiner Meta-Studie “Bionic Wealth” vorgestellten Schlüsseltechnologien wie Big Data Analytics, Blockchain, Cloud Computing, Künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen können die Prinzipien der Bionik immer effektiver in den Bereich der Software sowie der Organisationsentwicklung übertragen werden. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten — auch oder gerade für den Finanzbereich.

Zum Zeitpunkt meiner Recherche gab es es bereits die ersten Bionik-Anwendungen im internationalen Finanzbereich (z.B. evolutionäre Algorithmen für das Portfoliomanagement). Es ist nur eine Frage der Zeit, bis sich die bionische Finanzberatung (Bionic Advisory) und die bionische Vermögensverwaltung (Bionic Asset/Wealth Management) weitläufig durchsetzen und herkömmliche Ansätze der Vermögensanlage in den Schatten stellen. Wohlgemerkt: Die Rede ist hier von echter Bionik, nicht von PR-wirksamen Umschreibungen für Robo-Advisors, wie es aktuell in den Staaten und in Asien häufig der Fall ist.

Ich wünsche Ihnen viel Spaß mit “Bionic Wealth: Die nächste Generation der Vermögensanlage ist inspiriert vom Leben” und hoffe Sie für eine bessere Finanzwelt zu inspirieren, die hoch digital und zugleich zutiefst menschlich ist.

Mehr Informationen finden Sie auf www.bionicwealth.de